Nashidvery.ru

Наши Двери
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Допустимый ток для медных проводов

Допустимый ток для медных проводов

Медный кабель

В некоторых случаях в качестве металла для проводников и кабелей используется алюминий, но, по большей части, это вызвано лишь стремлением снизить стоимость и массу, поскольку алюминий имеет меньший удельный вес и стоимость, но несравнимо худшие механические и химические свойства. Алюминиевые провода плохо поддаются пайке, поэтому при производстве продукции радио,- и электротехнического назначения, силовых кабелей преимущество имеет медь. Еще одно преимущество меди состоит в том, что она имеет большие допустимые токовые нагрузки из-за низкого удельного сопротивления и большей температуры плавления.

Определение допустимого тока

Имеется несколько критериев выбора максимального тока через проводники:

  • Тепловой нагрев;
  • Падение напряжения.

Данные параметры являются взаимосвязанными, и увеличение сечения проводников с целью уменьшения падения напряжения снижает и нагрев. В любой ситуации длительно допустимый ток подразумевает отсутствие критического нагрева, который может привести к деградации изоляции, изменению параметров как самого провода, так и близко расположенных элементов.

Тепловой нагрев

Величина тока связана с нагревом в соответствии с законом Джоуля-Ленца, названного так по именам первооткрывателей зависимости:

  • Q – количество теплоты, которое выделяется на проводнике;
  • R – сопротивление проводника;
  • I – ток, протекающий через проводник;
  • t – промежуток времени, в течение которого производится подсчет тепловыделения.

Из формулы следует, что чем больше сопротивление проводника, тем большее количество теплоты выделится на нем. На этом принципе построены нагревательные приборы с высокоомным нагревательным элементом. Нагреватель выполнен из провода, который, кроме высокого удельного сопротивления, имеет высокую температурную устойчивость (как правило, нихром). Температура меди намного ниже, поэтому существуют определенные условия, при которых нагрев медного проводника не будет выходить за допустимые пределы.

Падение напряжения

Для того чтобы представить влияние тока на падение напряжения, необходимо вспомнить закон Ома:

Согласно закону Ома, при протекании тока через проводник с сопротивлением R на нем образуется падение напряжения:

Таким образом, при постоянном сопротивлении нагрузки R, чем больше ток в питающей сети, тем больше будет падение напряжения на сопротивлении r, питающих проводов (U=I·r).

Именно напряжение потерь вызывает ненужный нагрев проводов, но главная проблема в том, что напряжение нагрузки становится меньше на эту величину. Пояснить это можно на простом примере. Пускай в домашней электропроводке имеется участок длиной 100 м, выполненный медным проводом сечением 2.5 мм2. Сопротивление такого участка составит около 0.7 Ом. При токе нагрузки 10А, а это потребляемая мощность чуть больше 2 кВт, падение напряжения на проводе составит 7 В. При однофазном питании используется два провода, поэтому суммарное падение составит 14 В. Это довольно значительная величина, поскольку напряжение на потребителях будет составлять уже не 220, а 206В.

К определению падения напряжения в кабеле

К определению падения напряжения в кабеле

На самом деле этот пример не совсем точен, поскольку уменьшение напряжения на активной нагрузке приведет к снижению мощности, следовательно, к снижению потребляемого тока. Но целью данной статьи не является замена учебника электротехники, поэтому данное объяснение вполне правдоподобно. Таблица, приведенная ниже, показывает соотношение падения напряжения при различных значениях тока на 1 м провода для наиболее распространенных сечений.

Зависимость падения напряжения от сечения и величины протекающего тока

При расчетах однофазной электропроводки по допустимому падению напряжения при предполагаемом токе нагрузки данные таблицы следует удваивать (используется два проводника: ноль и фаза). Не всегда в таблице будет присутствовать нужное сечение проводника, поэтому следует выбирать ближайшее большее значение. Это хорошо еще и тем, что учитывается возможное повышение мощности потребителей. Сильно большое сечение, взятое с запасом, приведет к неоправданному удорожанию материалов.

Допустимая плотность тока

Для упрощения расчетов и подбора требуемого провода принята такая величина, как плотность тока для меди и иных материалов. Плотность тока выражается в амперах на один квадратный миллиметр сечения.

Важно! Допустимая плотность тока определяется для площади сечения, а не диаметра провода. При маркировке монтажного провода обычно используется сечение, а обмоточного – диаметр. Для перевода диаметра провода в сечение нужно воспользоваться формулой S=π·d2/4 или определить его по таблице, взяв равное или ближайшее меньшее значение имеющегося диаметра.

Сечение популярного обмоточного провода ПЭВ-2

Сечение провода ПЭВ-2

Сечение провода ПЭВ-2

Выбирая сечение провода, нужно знать, что допустимый ток для медных проводов во многом зависит от условий охлаждения. Наличие свободного доступа воздуха улучшает охлаждение нагретых проводов, поэтому в самых неблагоприятных условиях находятся внутренние обмотки трансформаторов напряжения, электропроводка, смонтированная в штробах стен. Большое влияние на теплоотдачу имеет материал и толщина внешней изоляции силовых кабелей.

Расчетным путем установлены и подтверждены на практике допустимые значения плотности тока для медного провода, применяемого в обмотках электрических машин и электрической проводки, которые сведены в таблицу ниже.

Допустимые значения плотности тока на 1 мм² в медном проводе

Трансформаторы и электрические машиныЭлектропроводка
Внутренние обмоткиНаружные обмоткиСкрытаяНаружная
2-3 А3-5 А4 А5 А

Обратите внимание! Таблица дает только ориентировочные данные для предварительных расчетов. Более точные показатели допустимых значений для кабелей разных типов и условий эксплуатации приведены в нормативной документации, в частности в ПУЭ.

Нормативные значения сечения кабеля

Нормативные значения сечения кабеля

Пути повышения допустимого тока

Для снижения стоимости конструкций, в которых используются медные провода и кабели или шнуры, уменьшения массы, существует несколько путей повышения допустимых значений тока:

  • Улучшение охлаждения за счет обдува или конвективных потоков;
  • Отвод тепла при помощи теплоотводов или радиаторов;
  • Ограничение максимальных токовых нагрузок по времени.

Грамотно выполненная конфигурация обмоток и расположение трансформатора способны эффективно отводить тепло, которое выделяется при прохождении тока. Для мощных силовых трансформаторов, а это сварочные аппараты, трансформаторы подстанций, выполняется специальная обмотка с воздушными промежутками. Попадая в промежуток между отдельными частями обмоток, воздух отбирает часть тепла и выносит его наружу.

Те же цели преследует обдув нагревающихся частей машин при помощи вентиляторов. К такому решению часто обращаются производители микроволновых печей, устанавливая кулер на мощный высоковольтный трансформатор.

Обмотка с зазорами

Обмотка с зазорами

Мощные трансформаторы силовых подстанций охлаждают обмотки при помощи трансформаторного масла, в которое погружен весь трансформатор. Обмотки выполняются с промежутками, в которых циркулирует масло.

Масло охлаждается при помощи трубчатого радиатора, который находится на боковых сторонах корпуса трансформатора. Вся конструкция выполнена полностью герметичной, поэтому для компенсации температурного расширения масла имеется расширительный бак.

Масляный трансформатор

Кратковременные токовые нагрузки не успевают в достаточной мере прогреть всю обмотку, поэтому для кратковременно работающего оборудования можно принимать плотность тока по сечению провода вплоть до 7-10А на мм2.

Оборудование, которое эксплуатируется на максимально допустимых плотностях тока, должно чередовать работу под нагрузкой с перерывом на охлаждение.

Важно! Теплопроводность меди и теплоемкость железного сердечника машин переменного тока высоки. Проходящие токи нагрузки прогревают весь объем обмоток одновременно, а охлаждение происходит только с поверхности, поэтому периоды отдыха должны превышать время работы под нагрузкой в несколько раз для достаточного охлаждения не только наружных, но и внутренних частей оборудования.

Последствия превышения тока

Чрезмерно высокий ток в медных проводах способен разогреть материал вплоть до температуры плавления. Разумеется, что подобная ситуация приведет к аварии или неработоспособности оборудования, но в некоторых случаях это является полезным.

Речь идет о плавких предохранителях. Основу их устройства составляет тонкая металлическая проволока, заключенная в огнеупорный изоляционный корпус. Толщина проволоки подобрана таким образом, чтобы ток определенной величины вызывал нагрев и перегорание проводника предохранителя. Наиболее часто используются плавкие вставки из цинка или меди.

Трубчатый предохранитель

Самое главное требование к плавкой вставке – строгое соответствие состава металла и его равномерный диаметр проводника по всей длине. Состав важен для стабильности температуры плавления. Наличие неравномерности по длине провода может вызвать локальный перегрев в месте сужения и перегорание предохранителя при токе, меньше номинального. Исходя из этих условий, провод для предохранителей выпускается с повышенным контролем и называется калиброванным.

Выполнение изложенных требований по допустимому току в проводниках позволяет продлить срок нормальной эксплуатации конструкций и электрооборудования, свести к минимуму риск возникновения поломок и аварий.

Видео

Допустимые токовые нагрузки на провода и кабели

где I нд — допустимая длительная токовая нагрузка на провод, кабель или шину при нормальных условиях прокладки (см. табл.);
Кп — поправочный коэффициент, учитывающий изменения условий прокладки проводов и кабелей и равный произведению отдельных поправочных коэффициентов:

Поправочные коэффициенты учитывают:
К 1 — фактическую температуру окружающей среды;
К 2 — число проложенных в траншее рабочих кабелей;
К 3 — условия кратковременного или повторно-кратковременного режима работы электроприемников;
К 4 — сечение кабеля и его месторасположение при прокладке в блоке;
К 5 — напряжение кабеля при прокладке в блоке;
К 6 — общую среднесуточную нагрузку кабелей при прокладке в блоке;
K 7 — прокладку кабелей ,в двух параллельных блоках одинаковой конфигурации;
К 8 — прокладку проводов в коробах и лотках;
К 9 — увеличение допустимой нагрузки на кабели до 10 кв при аварийном режиме;
К 10 — расположение шин на изоляторах.
Допустимые длительные токовые нагрузки на провода и кабели приведены в таблицах для условий нагревания при получасовом максимуме токовой нагрузки, который представляет собой наибольшую из средних получасовых токовых нагрузок данного элемента сети.

Поправка на температуру окружающей среды.
Нормальной температурой окружающей среды при прокладке проводов и кабелей на воздухе считается +25°С и при прокладке кабелей в земле или воде +15° С. При фактической температуре воздуха или земли, отличной от указанных выше значений, вводится поправочный коэффициент К 1 , определяемый из табл. 4-32 в зависимости от нормированной температуры проводов, шин или жил кабелей, указанной в табл. 4-33. Этот коэффициент рекомендуется применять только в случаях значительного отклонения температуры от нормальной (районы Крайнего Севера, вечной мерзлоты, тропики и т. п.).
Для голых проводов воздушных линий электропередачи напряжением выше 1000 В поправочный коэффициент на температуру воздуха не применяется.

Таблица 4-32 Поправочный коэффициент К1 на температуры земли и воздуха для токовых нагрузок на кабели, неизолированные и изолированные провода и шины
Расчетная температура среды °СНормированная температура жил °СПоправочный коэффициент при фактической температуре среды °С
-5+5+10+15+20+25+30+35+40+45+50
15
25
25
15
25
15
25
15
25
15
25
80
80
70
65
65
60
60
55
55
50
50
1,14
1,24
1,29
1,18
1,32
1,20
1,36
1,22
1,41
1,25
1,48
1,11
1,20
1,24
1,14
1,27
1,15
1,31
1,17
1,35
1,20
1,41
1,08
1,17
1,20
1,10
1,22
1,12
1,25
1,12
1,29
1,14
1,34
1,04
1,13
1,15
1,05
1,17
1,06
1,20
1,07
1,23
1,07
1,26
1,00
1,09
1,11
1,00
1,12
1,00
1 ,13
1,00
3,15
1,00
1,18
0,96
1,04
1,95
0,95
1,06
0,94
1,07
0,93
1,08
0,93
1,09
0,92
1,00
1,00
0,89
1,00
0,88
1,00
0,86
1,00
0,84
1,00
0,88
0,95
0,94
0,84
0,94
0,82
0,93
0,79
0,91
0,76
0,89
0,83
0,90
0,88
0,77
0,87
0,75
0,85
0,71
0,82
0,66
0,78
0,78
0,85
0,81
0,71
0,79
0,67
0,76
0,61
0,71
0,54
0,63
0,73
0,80
0,74
0,63
0,71
0,57
0,66
0,50
0,58
0,37
0,45
0,68
0,74
0,67
0,55
0,61
0,47
0,54
0,36
0,41

Таблица 4-33 Допустимые температуры нагревания проводов, кабелей и шин
НаименованиеНаибольшая допустимая температура проводов, кабелей и шин при нагревании длительной токовой нагрузкой, °С
Голые провода и шины+70
Провода и кабели с резиновой или пластмассовой (полихлорвиниловой или полиэтиленовой) изоляцией на:
напряжение до 6 кв+65
Кабели с пластмассовой изоляцией на напряжение 10 кв+60
Кабели с бумажной изоляцией, пропитанной маслоканифольной или нестекающей массой на напряжение, кв:
до 3+80
6+65
10+60

Поправка на количество кабелей, проложенных в общей траншее.
При прокладке в общей траншее более одного кабеля вводится поправочный коэффициент К2, определяемый по табл. 4-21. Ненагруженные резервные кабели при этом не учитываются.
Если часть кабелей, проложенных в общей траншее, загружена полностью, а другая часть — только на 50%, то при определении нагрузки, допустимой для полностью загруженных кабелей, принимаются коэффициенты согласно табл. 4-35.
Поправка на повторно-кратковременный и кратковременный режимы работы.
При повторно-кратковременном или кратковременном режиме работы электроприемников вводится поправочный коэффициент, равный:

где ПВ — относительная продолжительность рабочего периода, равная отношению времени tр включения электроприемника к общему времени длительности цикла повторно-кратковременного режима tц:

Коэффициент Кз, учитывающий повторно-кратковременный режим работы электроприемников, вводится для медных проводников сечением не меньше 10 мм2 и алюминиевых сечением не меньше 16 мм2 при условии, что продолжительность рабочего периода не превышает 4 мин, а продолжительность последующей паузы не менее 6 мин.

Поправка для кабелей, проложенных в блоках.
Допустимые длительные токовые нагрузки для прокладываемых в блоках медных трехжильных кабелей сечением 95 мм2 на напряжение 10 кв в зависимости от конфигурации блока и месторасположения кабеля в блоке. Для других условий прокладки медных кабелей в блоке вводятся поправочные коэффициенты: на сечение кабеля — К 4 , на напряжение — К 5 по табл. 4-24, на среднесуточную нагрузку кабелей, проложенных в блоке, — К 6 по табл. 4-25 и на условие прокладки в двух блоках одинаковой конфигурации — К 7 по табл. 4-26.

Поправка на прокладку проводников в коробах и лотках.
При прокладке проводников в коробах, а также лотках пучками допустимые длительные токовые нагрузки принимаются при числе проводов до 4 по табл., как для проводников, проложенных в трубах.
При числе одновременно нагруженных проводников более 4, проложенных в трубах, коробах, а также лотках пучками, нагрузки на проводники должны приниматься для открытой прокладки (в воздухе) с введением поправочного коэффициента K 8 , равного для пяти-шести проводников 0,68, для семи — девяти проводников 0,63 и для 10-12 проводников 0,6.
Токовые нагрузки на провода, проложенные в лотках при однорядной прокладке (не в пучках), следует принимать, как для проводов, проложенных в воздухе.

Поправка для кабелей с бумажной изоляцией, работающих в аварийных условиях.
Для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией напряжением до 10 кв включительно, работающих в нормальном длительном режиме с нагрузкой, не превышающей 80% допустимого длительного тока по нагреванию, на время ликвидации аварии (не более 5 суток) допускается в часы максимума (длительностью не более б ч) перегрузка до 130%, что учитывается введением коэффициента К 9 =1,3.

Поправка для шин при их креплении на изоляторах плашмя.
Допустимые токовые нагрузки для шин прямоугольного сечения при вертикальном расположении их на изоляторах приведены в табл. 4-30. При расположении шин на изоляторах плашмя к допустимой нагрузке вводится поправочный коэффициент К 10 , равный для шин с шириной полос до 60 мм 0,95 и для шин с шириной полос более 60 мм 0,92.
Для кабелей, проложенных на воздухе, допустимые длительные токовые нагрузки приняты для расстояний в свету между кабелями при прокладке их внутри и вне зданий и в туннелях не менее 35 мм и при прокладке в каналах не менее 50 мм при любом числе проложенных кабелей. Допустимые длительные токовые нагрузки на одиночные кабели, прокладываемые в земле в трубах без искусственной вентиляции, должны приниматься, как для тех же кабелей, прокладываемых в воздухе.
При смешанной прокладке кабелей допустимые длительные токовые нагрузки принимаются для участка трассы с наихудшими тепловыми условиями, если длина этого участка более 10 м. В указанном случае при большой общей протяженности кабельной трассы рекомендуется применять кабельную вставку большего сечения, чтобы не увеличивать сечение кабеля на всем протяжении.

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Если электрический ток будет протекать по проводнику в течение длительного времени, в этом случае установится определенная стабильная температура данного проводника, при условии неизменной внешней среды. Величины токов, при которых температура достигает максимального значения, в электротехнике известны как длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. Данные величины соответствуют определенным маркам проводов и кабелей. Они зависят от изоляционного материала, внешних факторов и способов прокладки. Большое значение имеет материал и сечение кабельно-проводниковой продукции, а также режим и условия эксплуатации.

Причины нагрева кабеля

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Причины повышения температуры проводников тесно связаны с самой природой электрического тока. Всем известно, что по проводнику под действием электрического поля упорядоченно перемещаются заряженные частицы – электроны. Однако для кристаллической решетки металлов характерны высокие внутренние молекулярные связи, которые электроны вынуждены преодолевать в процессе движения. Это приводит к высвобождению большого количества теплоты, то есть, электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Данное явление похоже на выделение теплоты под действием трения, с той разницей, что в рассматриваемом варианте электроны соприкасаются с кристаллической решеткой металла. В результате, происходит выделение тепла.

Длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов

Такое свойство металлических проводников имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Эффект нагрева используется на производстве и в быту, как основное качество различных устройств, например, электрических печей или электрочайников, утюгов и другой техники. Отрицательными качествами являются возможные разрушения изоляции при перегреве, что может привести к возгоранию, а также выходу из строя электротехники и оборудования. Это означает, что длительные токовые нагрузки для проводов и кабелей превысили установленную норму.

Существует множество причин чрезмерного нагрева проводников:

  • Основной причиной часто становится неправильно выбранное сечение кабеля. Каждый проводник обладает собственной максимальной пропускной способностью тока, измеряемого в амперах. Прежде чем подключать тот или иной прибор, необходимо установить его мощность и только потом выбирать сечение. Выбор следует делать с запасом мощности от 30 до 40%.
  • Другой, не менее распространенной причиной, считаются слабые контакты в местах соединений – в распределительных коробках, щитках, автоматических выключателях и т.д. При плохом контакте провода будут нагреваться, вплоть до их полного перегорания. Во многих случаях достаточно проверить и подтянуть контакты, и чрезмерный нагрев исчезнет.
  • Довольно часто контакт нарушается из-за неправильного соединения медных и алюминиевых проводов. Чтобы избежать окисления в местах соединений этих металлов, необходимо использовать клеммники.

Для правильного расчета сечения кабеля нужно вначале определить максимальные токовые нагрузки. С этой целью сумма всех номинальных мощностей у используемых потребителей, должна быть поделена на значение напряжения. Затем, с помощью таблиц можно легко подобрать нужное сечение кабеля.

Расчет допустимой силы тока по нагреву жил

Правильно выбранное сечение проводника не допускает падений напряжения, а также излишних перегревов под воздействием проходящего электротока. То есть, сечение должно обеспечивать наиболее оптимальный режим работы, экономичность и минимальный расход цветных металлов.

Сечение проводника выбирается по двум основным критериям, как допустимый нагрев и допустимая потеря напряжения. Из двух значений сечения, полученных при расчетах, выбирается большая величина, округляемая до стандартного уровня. Потеря напряжения оказывает серьезное влияние преимущественно на состояние воздушных линий, а величина допустимого нагрева оказывает серьезное влияние на переносные шланговые и подземные кабельные линии. Поэтому сечение для каждого вида проводников определяется в соответствии с этими факторами.

Понятие допустимой силы тока по нагреву (Iд) представляет собой протекающую по проводнику силу тока в течение длительного времени, в процессе которого появляется значение длительно допустимой температуры нагрева. При выборе сечения необходимо соблюдение обязательного условия, чтобы расчетная сила тока Iр соответствовала допустимой силе тока по нагреву Iд. Значение Iр определяется по следующей формуле: Iр, в которой Рн является номинальной мощностью в кВт; Кз – коэффициент загрузки устройства, составляющий 0,8-0,9; Uн – номинальное напряжение устройства; hд – КПД устройства; cos j – коэффициент мощности устройства 0,8-0,9.

Таким образом, любому току, протекающему через проводник в течение длительного времени, будет соответствовать определенное значение установившейся температуры проводника. При этом, внешние условия, окружающие проводник, остаются неизменными. Величина тока, при которой температура данного кабеля считается максимально допустимой, известна в электротехнике, как длительно допустимый ток кабеля. Этот параметр зависит от материала изоляции и способа прокладки кабеля, его сечения и материала жил.

Когда рассчитываются длительно допустимые токи кабелей, обязательно используется значение максимальной положительной температуры окружающей среды. Это связано с тем, что при одинаковых токах теплоотдача происходит значительно эффективнее в условиях низких температур.

В разных регионах страны и в разное время года температурные показатели будут отличаться. Поэтому в ПУЭ имеются таблицы с допустимыми токовыми нагрузками для расчетных температур. Если же температурные условия значительно отличаются от расчетных, существуют поправки с помощью коэффициентов, позволяющих рассчитать нагрузку для конкретных условий. Базовое значение температуры воздуха внутри и вне помещений устанавливается в пределах 250С, а для кабелей, проложенных в земле на глубине 70-80 см – 150С.

Расчеты с помощью формул достаточно сложные, поэтому на практике чаще всего используется таблица допустимых значений тока для кабелей и проводов. Это позволяет быстро определить, способен ли данный кабель выдержать нагрузку на данном участке при существующих условиях.

Условия теплоотдачи

Наиболее эффективными условиями для теплоотдачи является нахождение кабеля во влажной среде. В случае прокладки в грунте, отведение тепла зависит от структуры и состава грунта и количества влаги, содержащейся в нем.

Для того чтобы получить более точные данные, необходимо определить состав почвы, влияющий на изменение сопротивления. Далее с помощью таблиц находится удельное сопротивление конкретного грунта. Данный параметр может быть уменьшен, если выполнить тщательную трамбовку, а также изменить состав засыпки траншеи. Например, теплопроводность пористого песка и гравия ниже, чем у глины, поэтому кабель рекомендуется засыпать глиной или суглинком, в которых отсутствуют шлаки, камни и строительный мусор.

Воздушные кабельные линии обладают плохой теплоотдачей. Она ухудшается еще больше, когда проводники прокладываются в кабель-каналах с дополнительными воздушными прослойками. Кроме того, кабели, расположенные рядом, подогревают друг друга. В таких ситуациях выбираются минимальные значения нагрузок по току. Чтобы обеспечить благоприятные условия эксплуатации кабелей, значение допустимых токов рассчитывается в двух вариантах: для работы в аварийном и длительном режиме. Отдельно рассчитывается допустимая температура на случай короткого замыкания. Для кабелей в бумажной изоляции она составит 2000С, а для ПВХ – 1200С.

Значение длительно допустимого тока и допустимая нагрузка на кабель представляет собой обратно пропорциональную зависимость температурного сопротивления кабеля и теплоемкости внешней среды. Необходимо учитывать, что охлаждение изолированных и неизолированных проводов происходит в совершенно разных условиях. Тепловые потоки, исходящие от кабельных жил, должны преодолеть дополнительное тепловое сопротивление изоляции. На кабели и провода, проложенные в земле и трубах, существенно влияет теплопроводность окружающей среды.

Если в одной траншее прокладывается сразу несколько кабелей, в этом случае условия их охлаждения значительно ухудшаются. В связи с этим длительно допустимые токовые нагрузки на провода и кабели снижаются на каждой отдельной линии. Данный фактор нужно обязательно учитывать при расчетах. На определенное количество рабочих кабелей, проложенных рядом, существуют специальные поправочные коэффициенты, сведенные в общую таблицу.

Таблица нагрузок по сечению кабеля

Передача и распределение электрической энергии совершенно невозможно без проводов и кабелей. Именно с их помощью электрический ток подводится к потребителям. В этих условиях большое значение приобретает токовая нагрузка по сечению кабеля, рассчитываемая по формулам или определяемая с помощью таблиц. В связи с этим, сечения кабелей подбираются в соответствии с нагрузкой, создаваемой всеми электроприборами.

Предварительные расчеты и выбор сечения обеспечивают бесперебойное прохождение электрического тока. Для этих целей существуют таблицы с широким спектром взаимных связей сечения с мощностью и силой тока. Они используются еще на стадии разработки и проектирования электрических сетей, что позволяет в дальнейшем исключить аварийные ситуации, влекущие за собой значительные затраты на ремонт и восстановление кабелей, проводов и оборудования.

Существующая таблица токовых нагрузок кабелей, приведенная в ПУЭ показывает, что постепенный рост сечения проводника вызывает снижение плотности тока (А/мм2). В некоторых случаях вместо одного кабеля с большой площадью сечения, более рациональным будет использование нескольких кабелей с меньшим сечением. Однако, данный вариант требует экономических расчетов, поскольку при заметной экономии цветного металла жил, возрастают затраты на устройство дополнительных кабельных линий.

Выбирая наиболее оптимальное сечение проводников с помощью таблицы, необходимо учитывать несколько важных факторов. Во время проверки на нагрев, токовые нагрузки на провода и кабели принимаются из расчета их получасового максимума. То есть, учитывается средняя максимальная получасовая токовая нагрузка для конкретного элемента сети – трансформатора, электродвигателя, магистралей и т.д.

Кабели, рассчитанные на напряжение до 10 кВ, имеющие пропитанную бумажную изоляцию и работающие с нагрузкой, не превышающей 80% от номинала, допускается краткосрочная перегрузка в пределах 130% на максимальный период 5 суток, не более 6 часов в сутки.

Когда нагрузка кабеля по сечению определяется для линий, проложенных в коробах и лотках, ее допустимое значение принимается как для проводов, уложенных открытым способом в лотке в одном горизонтальном ряду. Если провода прокладываются в трубах, то это значение рассчитывается, как для проводов, уложенных пучками в коробах и лотках.

Если в коробах, лотках и трубах прокладываются пучки проводов в количестве более четырех, в этом случае допустимая токовая нагрузка определяется следующим образом:

  • Для 5-6 проводов, нагруженных одновременно, считается как при открытой прокладке с коэффициентом поправки 0,68.
  • Для 7-9 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,63.
  • Для 10-12 проводников при одновременной нагрузке – так же как при открытой прокладке с коэффициентом 0,6.

Таблица для определения допустимого тока

Расчеты, выполняемые вручную, не всегда позволяют определить длительно допустимые токовые нагрузки для кабелей и проводов. В ПУЭ содержится множество разных таблиц, в том числе и таблица токовых нагрузок, содержащая готовые значения, применительно к различным условиям эксплуатации.

Характеристики проводов и кабелей, приведенные в таблицах, дают возможность нормальной передачи и распределения электроэнергии в сетях с постоянным и переменным напряжением. Технические параметры кабельно-проводниковой продукции находятся в очень широком диапазоне. Они различаются собственной маркировкой, количеством жил и другими показателями.

Таким образом, перегрев проводников при постоянной нагрузке можно исключить путем правильного подбора длительно допустимого тока и расчетов отведения тепла в окружающую среду.

Максимально допустимые токи по сечению кабеля

В этой таблице данные приведены для следующего случая.

— Одна фаза, напряжение 220 В

— Температура окружающей среды +30 С

— Прокладка в воздухе или коробе (в закрытом пространстве)

— Провод трехжильный, в общей изоляции (кабель)

— Используется наиболее распространенная система TN-S с отдельным проводом заземления

— Достижение потребителем максимальной мощности — крайний, но возможный случай. При этом максимальный ток может действовать длительное время без отрицательных последствий.

В том случае, если температура окружающей среды будет больше хотя бы на 20 C, или в жгуте будет находиться несколько кабелей, то рекомендуется выбрать большее сечение.

Еще важно знать какой кабель вы покупаете. Некоторые производители занижают сечение жил в кабеле, чтобы сэкономить средства и время

Существует ряд компаний делающих такие провода(перечислять их я не буду).

Пример выбора проводов в квартире

Чтобы выбрать сечение провода по диаметру, нужно руководствоваться потребляемой мощностью в линии и длиной трассы, как наглядно показывает предыдущий рисунок. Для осветительных приборов, особенно современных энергосберегающих, вполне можно взять минимальное допустимое по ПУЭ сечение 1,5 кв.мм медного провода.

Очень целесообразно отделить линию освещения от линий розеток. Это позволит ремонтировать розетки при свете, и наоборот, обезопасит ремонт светильников если использовать переноску или лампу, включенную в розетки.

Мощные линии желательно ничем не нагружать «по дороге» от щитка. Это сделает их питание стабильным. Линию для розеток общего назначения можно рассчитывать на пару нагрузок средней величины (1,5 кВт)

Также важно отделить линию для питания электронного оборудования, связи и вычислительной техники, если они используются для ответственной работы

И в заключение, в качестве примера, рассмотрим простой проект квартирной проводки. Исходными данными можно считать план помещения и расстановку электроприборов. Для каждого прибора нужно выяснить его мощность, для каждой линии сложить все мощности ее нагрузок, взяв некоторый запас «на вырост», так как есть тенденция на все большее потребление (кто мог представить в 1950-х годах стиралки по 8 кВт, когда утюги потребляли 375 Вт?).

Сначала нужно выполнить план квартиры с точным соблюдением масштаба и линейку на нем. Затем на план наносятся места установки электроприборов и их мощности:

Затем следует выполнить, возможно, по частям, проектирование линий освещения и розеток. Всю работу можно выполнить в каком-либо графическом редакторе, по слоям. Сейчас это доступно любому пользователю ПК. Необязательно соблюдать все правила выполнения чертежей, этот план вы делаете для себя.

Все вместе можно распечатать:

Благодаря линейке и масштабу можно непосредственно на листе (или в программе) делать измерения трасс. Так можно точно подсчитать (не забывая учитывать вертикальные участки) длину всех трасс и проводов групп освещения. На чертеже также отмечается, через какие распределительные коробки проходит трасса.

На этом плане одна линия освещения (оранжевый цвет) и три розеточные линии. Теперь почти очевидно, как выбрать провод. Для линии освещения берем самый тонкий, разрешенный ПУЭ, 1.5 кв.мм трехжильный провод, с желто-зеленым проводником защитной земли. Провода для розеточных линий потребуется немного рассчитать.

Линия Р1 (черный) потребует самого толстого провода, к ней присоединены наиболее мощные нагрузки: стиралка и водогрейный котел, которые в сумме составляют 12 кВт, причем вовсе не исключена их совместная работа, особенно зимой. Каким будет ток? I = 12000/220 = 54 А.

Смотрим в таблице выше. Нам подойдет провод 10 квадратов. Весьма удачно то, что эти розетки расположены близко к электрощитку, трасса получается короткой, недорогой и с малым падением напряжения. (Столь мощные нагрузки обычно характерны уже для трехфазной сети, но наш пример только иллюстрация.)

Вторая линия розеток Р2 в сумме потребляет 5 кВт. Здесь ток I = 5000/220 = 22 А. Подойдет провод сечением 4 квадрата. На кухне очень часто бывают включены все приборы и здесь даже можно взять провод 5 кв.мм.

Третья линия Р3 – самая протяженная. Общая нагрузка на ней составляет 2 кВт, но лучше учитывать возможное подключение обогревателей, например, в спальне или детской, поэтому лучше перестраховаться и добавить еще 3 кВт. Поэтому придется выбрать провод 4 кв.мм.

В конце самой длинной трассы стоит самая небольшая нагрузка – телевизор. Современные телевизоры и другая электроника способны работать при довольно пониженном напряжении (правда, при этом ухудшается тепловой режим их блоков питания, но раз производители обещают работу при 120-150 В, то мы можем считать, что все в порядке).

После всех расчетов остается только подсчитать длину материала каждого вида: трехжильных проводов (фаза, нейтраль и защитная земля) и накинуть процентов 10 на запас. Для участков от коробок до выключателей можно закупить двухжильный провод 1,5 мм.кв, так как у выключателей нет заземления, но эту тонкость вы можете учесть в вашем конкретном проекте. Составление такого плана предотвратит как нехватку провода, так и излишнюю трату денег. И то и другое почти неизбежно, если действовать наугад.

Расчет сечения провода по диаметру.

Эта история у профессиональных мастеров вызывает улыбку. Ведь когда речь идет о сечении провода, то подразумевается не его диаметр, а его площадь, и измеряется оно в квадратных миллиметрах. К сожалению, школьный курс математики-физики у многих далеко за плечами. Мы легко можем рассчитать площадь поперечного сечения провода по его диаметру, если освежим в памяти формулу расчета площади круга.

где S — это площадь круга, пи = 3,14, а r — это радиус.

Поскольку диаметр d — это r*2, то можно преобразовать нашу формулу следующим образом:

S = (пи*d²)/4, где d — это диаметр нашего провода, который мы можем замерить штангенциркулем.

Упростим нашу формулу сечения провода, разделив число пи на 4, и получим S = 0,785*d². Таким образом, зная диаметр провода, мы можем произвести расчет сечения провода.

Когда наша бригада электриков делала электромонтажные работы в Мытищах, заказчик попросил проверить сечение проводов. А под рукой не было штангенциркуля. Тогда диаметр измерили следующим способом. 10 — 20 витков очищенной от изоляции жилы намотали на отвертку, плотно сжали витки провода и измерили обычной линейкой длину спирали. Разделив эту длину на число витков, узнали искомый диаметр жилы.

Для определения сечения многожильных проводов и шнуров следует замерить диаметр одной жилки, вычислить ее сечение, затем величину сечения умножить на число жилок в проводе.

Точно сечение проводов и кабелей напряжением до 1000в определяют, исходя из двух условий.

Первое условие. По условию нагревания длительным расчетным током: Iдоп > Ip, где Iдоп— длительно допустимый электрический ток для принятого сечения провода или кабеля и условий его прокладки. Приводятся данные в ПУЭ или справочной литературе; Ip — расчетный ток, А.

Второе условие. По условию соответствия сечения провода классу защиты: Iдоп > Кз · Iн.пл., где Кз — коэффициент защиты; Iн.пл — номинальный ток плавкой вставки, А.

Кз = 1,25 при защите проводников с резиновой и пластмассовой изоляцией во взрыво- и пожароопасных, торговых и т.п. помещениях плавкими предохранителями и автоматическими выключателями; при защите этих же проводников в невзрыво- и непожароопасных помещениях Кз = 1,0.

Осветительные проводки дополнительно рассчитывают на потерю напряжения. Допустимые длительные токовые нагрузки на провода и кабели, а также выбор пусковой и защитной аппаратуры, проводов и кабелей для отдельно устанавливаемых электродвигателей находят по справочникам.

Сечение купленного провода всегда полезно перепроверить. У нас был случай, когда наш электрик в Сергиевом Посаде выполнял электромонтажные работы проводом, предоставленным заказчиком. Замерив диаметр провода, наш мастер выяснил, что провод с заявленным сечением 2,5 мм² на самом деле с трудом дотягивал до 2 мм². Не смотря на то, что на упаковке стояла отметка ОТК, провод был явной халтурой.

Выбор марки проводов

Для выполнения электропроводки следует брать те провода, которые рекомендуют ПУЭ. Некоторые марки напрямую запрещены в настоящее время. В частности, не допускается применение алюминиевых проводов для внутренней проводки. Каждая новая редакция ПУЭ выпускается после анализа статистических данных об эксплуатации материалов, в том числе аварий и несчастных случаев. Поэтому не стоит пренебрегать таким авторитетным документом.

Наиболее ходовые и практичные марки медных проводов, используемые в настоящее время: ВВГ, NYM, ППВ, ПВС. Есть и некоторые другие. Изоляция всех проводов двойная, обычно используется поливинилхлорид. Допустимый нагрев проводов ограничен величиной около +50°C. Жилы проводов могут быть однопроволочными или многопроволочными.

Последние более удобны при монтаже из-за свой гибкости, но к сожалению, более пожароопасны. Сечение проводов находится в пределах от 1,5 до десятков квадратных миллиметров. Какой провод использовать для проводки решает потребитель, взвесив его допустимость по правилам, поперечное сечение провода, удобство работы с ним и цену.

Допустимый ток и сечение проводов

Правильный выбор кабелей и проводов во время проектирования и расчетов электрических сетей, является гарантией их надежной и безопасной работы в процессе дальнейшей эксплуатации. К приборам и оборудованию питание будет поступать в полном объеме, а изоляция проводников не будет перегреваться и разрушаться. Правильные расчеты сечения по мощности позволят избежать аварийных ситуаций и необходимости восстановления поврежденных линий. Для этого нужно знать, что представляет собой на практике суть такого понятия, как допустимая сила тока для медного провода.

В самом упрощенном варианте каждый кабель ведет себя подобно трубопроводу, по которому транспортируется вода. Точно так же и по кабельным жилам осуществляется движение электрического тока, величина которого ограничивается размерами конкретного токоведущего канала, фактически являющегося сечением данного проводника.

Неверный выбор этого параметра нередко приводит к ошибкам и негативным последствиям. При наличии слишком узкого токоведущего канала плотность тока может возрасти в несколько раз. Это приводит к перегреву и последующему оплавлению изоляции, возникают места с регулярными токовыми утечками. В наиболее неблагоприятной ситуации возможно возгорание.

Однако, слишком большое сечение проводов по току имеет один серьезный недостаток в виде значительного перерасхода денежных средств при устройстве электросетей. Конечно свободная транспортировка электрического тока положительно влияет на функциональность и сроки эксплуатации проводов, но оплата за потребленную электроэнергию может заметно возрасти. Таким образом, первый вариант является просто опасным, а второй нежелательно использовать из-за его высокой стоимости.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Испытание изоляции кабелей переменным током
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector